К оглавлению	УДК 551.252:552.125:551.24
	© К.Е. Веселов, Т.В. Долицкая, Е. К. Елистратова, 1991

Трещинно-блоковая структура земной коры и нефтегазоносность

К.Е. ВЕСЕЛОВ (ВНИИгеофизика), Т.В. ДОЛИЦКАЯ (ИГнРГИ), Е.К. ЕЛИСТРАТОВА (Аэрогеология)

В настоящее время есть убедительные свидетельства того, что земная кора обладает такой проницаемостью, которая позволяет флюидам и другим подвижным компонентам проникать с поверхности Земли на большие глубины и наоборот, а также перетекать из одного пористого объема в другой.

О перемещении глубинного вещества к поверхности свидетельствуют извержения вулканов, грязевых вулканов, а также большой материал петрофизических исследований образцов с поверхности Земли, исследований керна и состава флюидов. Естественно предположить, что в коре существуют каналы с механизмом их постоянного образования, обеспечивающие такую миграцию.

На рис. 1, а показано увеличение эффективной пористости с глубиной [4], которое проще интерпретировать как открытие закрытых пор, т. е. образование вторичной пористости. На рис. 1, б схематично показано изменения первичной и вторичной пористостей с глубиной [4]: первичная быстро уменьшается, а вторичная растет.

В 12 крупнейших нефтяных бассейнах мира из 35 месторождений на глубинах 4 км только в 12 обнаружен поровой коллектор, в остальных 23 - трещинный, трещинно-кавернозный, трещинно-поровый [3]. Появление вторичной пористости можно объяснить ростом трещиноватости и в связи с этим увеличением растворяющих способностей флюидов.

Есть основания предполагать, что трещинообразование является главным фактором в формировании вторичной пористости, поскольку без нее процесс растворения будет неэффективным. Увеличение трещиноватости с глубиной подтверждают результаты бурения сверхглубоких скважин.

Важно подчеркнуть, что благодаря трещинообразованию коллекторами становятся твердые, прочные породы: известняки, граниты (Швеция), порфириты (Азербайджан), аргиллиты (Западная Сибирь).

Известны огромные пещеры, явившиеся результатом растворения и вымывания известняков. Однако в пещерах нельзя не заметить густую сеть взаимопересекающихся трещин и разломов. Совершенно очевидна невозможность образования пещер без первоначальной трещиноватости пород.

В геологии все более утверждается мнение о главенствующей роли трещинно-блоковой структуры в строении континентальной коры. Повсеместно обнаружена многопорядковая система блоков с размерами сторон от 15 до 150 км, разделенных зонами разломов и трещиноватости. Так, на Украинском кристаллическом щите обнаружено шесть систем блоков [4].

Зоны трещиноватости и разломов хорошо выражены в аномалиях гравитационного и магнитного полей уступами как результат действия субвертикального контакта двух сред с различной плотностью и магнитной восприимчивостью; контактами зон с различной структурой аномалий как результат различной глубины залегания грави- и и магнитоактивных масс; цепочками положительных аномалий как результат действия проникших по трещинам тяжелых интрузивных пород; цепочкой отрицательных аномалий как результат действия пустот, заполненных легкими флюидами.

Границы блоков - зоны разломов и трещиноватости - являются естественными границами структур, фаций и т. п. Изучение плотности приповерхностной части разреза показало чередование зон разуплотнения и уплотнения пород, что очевидно соответствует трещинно-боковой структуре коры.

Изучение аномалий гравитационного поля над сотнями месторождений нефти и газа показало, что всем месторождениям, за редким исключением, соответствуют сильно локализованные, изрезанные, с повышенными градиентами на крыльях минимумы аномалий силы тяжести, которые прослеживаются на многих параллельных профилях. Такие аномалии проще объяснить тем, что залежи расположены в вертикальных зонах повышенной трещиноватости, простирающихся до самой поверхности Земли. Многие месторождения других полезных ископаемых также тяготеют к зонам трещиноватости и разломов, особенно к их пересечениям.

Образование разломов и зон трещиноватости приводило к быстрым разрядкам механических напряжений в земной коре, высвобождающим сейсмическую энергию и сопровождающимся землетрясениями. В этом случае мы становимся очевидцами главного геологического процесса, формирующего трещинно-блоковую структуру земной коры. Эти явления дают основание допустить существование единой причины образования зон трещиноватости и разломов. Авторы считают, что все они без противоречий могут быть объяснены формированием и развитием блоково-сводовой структуры земной коры, которая повсеместно обнаружена при геологических исследованиях.

Неизбежно возникает вопрос о причинах возникновения сводово-блоковой структуры земной коры. Известны два предположения о механизме образования сводов: мантийный диапиризм и тектоника глобального рифтогенеза.

На основе представлений об увеличении массы и размеров Земли возникла новая геотектоническая концепция тектоники глобального рифтогенеза [1], в которой удалось совместить и фиксистские, и мобилистские представления о тектоногенезе, а учение о геосинклиналях заняло почетное место. В этой концепции исключаются необходимость столкновения материков, существование нигде не обнаруженных зон субдукций, крупномасштабной тепловой конвекции в верхней мантии и т. п.

Увеличение массы Земли, как и других планет, происходило в соответствии с корпускулярной моделью гравитации и инерции [2], которую можно назвать линейной гравидинамикой. В этой модели закон тяготения применяется к движущимся телам, которые могут приобретать энергию - импульс друг от друга и от гравитационного поля. В соответствии с этим их массы изменяются по формуле DЕ = Dmс². Наглядно это можно видеть на примере подброшенного вверх, а затем падающего вниз камня. Движение камня по инерции вверх тормозится благодаря приобретению от гравитационного поля импульса, направленного на Землю. После того, как камень начал падать, его движение ускоряется и опять же за счет приобретения от гравитационного поля импульса, направленного на Землю. В том и другом случае камень приобретает энергию - импульс, а следовательно, и массу. Земля и планеты, подобно камню, двигаясь по эллиптическим орбитам, удаляются и приближаются к Солнцу, поэтому их массы растут со временем.

Рост массы Земли и других планет подтвержден удлинением земных суток, сокращением земного тропического года, лунного месяца и периода обращения Фобоса вокруг Марса, вращением перигелиев Марса, Меркурия, Венеры, Земли [2].

Можно предложить один из возможных вариантов механизма образования сводообразных блоков и разделивших их рифтогенных впадин. Своды образовывались вследствие того, что при расширении Земли толстая кора, сформировавшаяся при малом радиусе, оказывалась более выпуклой по сравнению с молодой тонкой корой, возникшей после расширения, т. е. при большем радиусе Земли. Если между сводами и дном впадин гидростатическое равновесие оказалось нарушенным, то на дно впадин должна действовать сила, направленная вверх. Дно впадин должно выпучиваться, разрываться, а осадочные и изверженные породы, покрывающие его, образовывать складки, надвиги и т.д.

Развитие сводов и впадин в основном сводилось к следующему [1]: своды разрушались и поставляли материал во впадины. На первой стадии образовывались бассейны со слабодислоцированными осадочными и изверженными породами. Затем в результате выпучивания дна впадин образовывались складчатые горы и впадины, надвиги и шарьяжи (инверсионный этап развития геосинклинали). Формировалась новая континентальная кора, которая соединяла мелкие сводообразные блоки в крупный свод. Последний неизбежно распадался на части, одни из которых поднимались, другие опускались, образуя столовые горы и межгорные впадины (орогенная стадия развития геосинклинали), а затем формировались фундамент и осадочный чехол платформ.

Таким образом, континентальная кора состояла из сводообразных блоков, разделенных рифтогенными впадинами, находящимися на различных стадиях геосинклинального развития. Своды, составляющие континент, могли находиться в его середине и иметь горизонтальные упоры в виде соседних блоков.

Своды, когда их края лишены горизонтальных упоров, как и своды зданий и сооружений,- структуры неустойчивые, стремящиеся разрушиться, т. е. стать плоскими. В них неизбежно возникала система трещин, расходящихся вниз, в сторону мантии, и сходящихся к поверхности Земли. Сейсмические явления - закономерность этого процесса и тем сильнее проявляется, чем выше и сохраннее своды.

Трещины, расходящиеся вниз, могут соединять области высоких давлений и температур с приповерхностными слоями. По таким каналам может подниматься к поверхности подкоровое вещество, формируя вулканы, кимберлитовые трубки, грязевые вулканы (рис. 2, б). Когда по ним поднимается горячее подкоровое вещество, которое соприкасается с поверхностными водами, образуются термальные источники (Камчатка).

Канал, соединяющий верхнюю мантию с поверхностью, может закрываться снизу, что связано с его охлаждением вследствие испускания жидких и газообразных веществ, нагревания и испарения поступающих с поверхности Земли жидкостей. В результате образуется канал, связывающий поверхность Земли с глубокими горизонтами земной коры, по которому могут проникать флюиды и мелкие твердые тела.

Если же канал прочно закрыт сверху - трещина не достигла поверхности (см. рис. 2, а), то в верхней части земной коры могут образоваться зоны АВПД. Можно предположить, что горные удары в шахтах - следствие вскрытия этой зоны.

Таким образом, развитие сводов без упоров приводит к образованию каналов, которые могут обеспечить перенос вещества с больших глубин к поверхности и наоборот. По ним флюиды могут перемещаться из одного порового объема в другой.

В том случае, когда края сводов имеют упоры, происходят изгибание пластов, образование пластовых и межпластовых ослабленных зон и зон пластовой трещиноватости (см. рис. 2, в). Это напоминает явление при сжатии в тисках слоистого бруса: местами он расслаивается, местами раздувается или сжимается.

Участок свода может развиваться и с упором, и без упора. Поэтому межпластовые и внутрипластовые ослабленные зоны и зоны трещиноватости могли связываться субвертикальными зонами трещиноватости и разломов с верхней мантией, между собой, а также с другими объемами порового пространства.

Образование зон трещиноватости как субвертикальной, так и параллельной пластам может формировать коллектор для флюидов. Пластовая трещиноватость, создавая незначительную пористость в твердых породах, могла открывать закрытую ранее пористость и таким образом увеличивать проницаемость пород и создавать вторичную пористость в твердых породах, даже на больших глубинах (см. рис. 1, б).

Образовавшиеся в результате распадения сводов трещинные зоны с незначительной пористостью могут при физико-химических процессах превратиться в хорошие трещинные, трещинно-поровые, трещинно-кавернозные коллекторы.

Многократное образование и распадение сводов с упорами и без них приводят к образованию сложной трещинно-блоковой структуры коры, в которой могут встречаться участки с горизонтальной трещиноватостью, создавшей условия для формирования коллектора, и участки без трещиноватости.

Зоны трещиноватости, с одной стороны, могли быть путями миграции У В и других флюидов, а с другой - местами их скопления. Коллекторами могут оказаться твердые породы, в которых зоны трещиноватости на больших глубинах будут локализованы в вертикально ориентированных структурах. По-видимому, обнаруженное в последнее время аномально быстрое распределение давления в земной коре есть следствие повсеместного распространения трещинно-блоковой ее структуры.

Кроме образования зон субвертикальной и субгоризонтальной трещиноватости, возникли межпластовые ослабленные зоны, которые заполнены веществом, поднявшимся из верхней мантии. Образовывались пластовые интрузии траппов и других пород.

С глубиной трещинно-блоковая структура усложнялась. Это видно на примере бортов Прикаспийской впадины, где подсолевые отложения имели гораздо более сложную структуру, чем надсолевые. Аналогичным образом могла усложняться структура областей распространения траппов. Усложнение структуры коры с глубиной следует из представлений тектоники глобального рифтогенеза о развитии рифтовых впадин.

Разломы и разломные зоны являются краями впадин (рифтов), которые могли находиться на различных стадиях геосинклинального развития. На главной его стадии возникли разломы и разрывы в осадочных и изверженных породах, но они существенно отличались от разломов на сводах. Они не расходились книзу, могли иметь большие наклоны к вертикали, не образовывали широких зон трещиноватости. В том случае, когда впадина вошла в состав свода, она могла развиваться как и другие части нормальной сводовой структуры.

Таким образом, основными объектами при исследованиях является трещинно-блоковая структура континентальных блоков и разделяющих их рифтогенных впадин, находящихся на различных стадиях геосинклинального развития. Эти структуры существенным образом отличаются от общепринятых слоистых моделей, и для их исследований необходимо найти надежные характеристики в геофизических полях.

Зоны расходящихся книзу трещин, разделяющих блоки, при заполнении их тяжелыми породами характеризуются цепочками максимумов силы тяжести, при заполнении легкими породами и флюидами - цепочками минимумов.

Рифтовые впадины, как правило, характеризовались максимумами аномалий силы тяжести с гравитационными уступами на бортах и разным рисунком аномального поля над впадинами и на их бортах.

Области распространения горизонтальных, вертикальных и межпластовых ослабленных зон, заполняемых долеритами и другими породами, относимыми к- траппам, пока не поддаются успешным геофизическим исследованиям. Однако есть сомнения, что в этих зонах имеются залежи УВ и других полезных ископаемых. Чтобы эти исследования были успешными, надо отказаться от мысли о возможности решить задачу, научившись детально изучать и учитывать верхнюю часть траппового разреза, так как этот разрез не только не упрощается с глубиной, но и существенно усложняется.

Для его изучения в первую очередь необходимо отказаться от горизонтально-слоистой модели среды, а воспользоваться методами сейсмостратиграфии, изучения зон изменения частот, скоростей, поглощения, характера записи и т. п. Более значительную роль должны играть грави- и магниторазведка, как методы, имеющие повышенную чувствительность к вертикальным неоднородностям и локализованным объектам.

Эффективным для обнаружения зон трещиноватости, пройденных скважиной или находящихся в стороне от них, может быть гравитационный каротаж.

Значительная проницаемость коры для флюидов, а следовательно, и возможность крупномасштабного массопереноса открывают большие возможности применения методов, основанных на изучении вариаций гравитационного поля во времени. Огромное преимущество этих методов - возможность измерять гравитационный эффект от исследуемого объекта практически в чистом виде, что обеспечивает более надежное решение обратной задачи.

По-видимому, первым успешным опытом применения трещинно-блоковой модели является методика гравиметрического обнаружения нефти и газа (И.Н. Михайлов, 1982 г.). Главным в ней является анализ микроструктуры гравитационного поля на ряде профилей. Выявленные таким образом аномальные зоны можно интерпретировать как гравитационный эффект от выхода зоны трещиноватости на поверхность Земли, которым на глубине соответствует коллектор, содержащий залежь, т. е. эффект залежи не прямой, а косвенный. Существенным в этой методике является отказ от традиционного представления материала в виде гравитационных карт, так как в них практически теряется информация о микроструктуре гравитационного поля.

Значительным успехом применения методики можно считать подтверждение правильности описанных представлений о блоково-разломно-трещинной структуре земной коры.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Веселов К.Е., Долицкая Т.В. Развитие земной коры в гипотезе расширяющейся Земли //Советская геология.- 1988.-№ 8.-С. 97-107.

2. Веселов К.Е. Случайные совпадения или явления природы // Геофизический журнал АН УССР.- 1981.- № 3.- С. 50-61.

3. Максимов С.П., Дикенштейн Г.X., Лоджевская М.И. Формирование и размещение залежей нефти и газа на больших глубинах.- М.: Недра.- 1984.- С. 284.

4. Тяпкин К.Ф. Глобальные системы разломов и их отражение в современном гейоде // Геофизический журнал АН УССР.- 1987,-№ 3.-С. 3-12.

Abstract

An attempt has been made, in terms of a global riftogenesis conception, to explain the causes for the origination of vertical, subvertical and stratal fracturing in the earth crust, the formation of intensive mass exchange channels in certain zones of the crust to which oil and gas accumulations may be confined. It has been shown that porosity would not only reduce with depth, but also enhance. It seems, therefore, that prospects exist of finding new oil and gas fields at great depths. It is indicated also that stratified models for the medium employed in geophysical exploration will be unsuitable in prospecting for such fields.

Рис. 1. Графики изменения эффективной пористости с глубиной в Пермском НГБ (а) и изменения пористости с глубиной, по А.С. Худу, для осадочных отложений с возрастом 400 млн. лет (б).

Породы свиты: 1 - эленбергер (кембро-ордовик), 2 - хантон (силур - девон); пористость: 3 - вторичная, 4 - первичная

Рис. 2. Схема развития сводовой структуры.

а - нераспавшийся свод; распадение свода: б - не имеющего горизонтальных упоров, в - с горизонтальными упорами; 1 - континентальная кора; 2 - подкоровое вещество; 3 - субвертикальные трещины и зоны трещиноватости; 4 - межпластовые и пластовые ослабленные зоны и зоны трещиноватости; 5 - то же с межпластовыми интрузиями; 6 - океаническая кора